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1、液氮水平冻结在盾构进洞施工中的运用摘要上海轨道交通明珠线二期工程，在上海体育场站〜宜山路站区间隧道施工屮，为了保证盾构顺利进入丄体场站接收井，确保周边建筑物的安全，采用了液氮水平冻结加固措施，取得了良好的效果。文章阐述了水平液氮冻结加固的方法，并概括和总结了冻土发展的特点。关键词盾构进洞水平冻结工艺液氮用量环境保护1工程概况上海体育场站〜宜山路站区间隧道分为上、下行线，采用2台法国FCB土压平衡盾构进行施工。盾构于宜山路站南端头井出发，向上海体育场站方向掘进,最终进入上海体育场站西端头井，盾构进洞处隧道屮心
2、标高为-12.878mo盾构在进入上海体育场站西端头井前，将穿越大量的建筑物，其屮有2幢20世纪70年代建成的14层高的大楼。大楼基础为条形基础，下部桩基为400mmX400mm的钢筋混凝土方桩，桩长16m（分为8m长2节，用硫磺胶粘而成），桩基坐落在④2—2灰色砂质粉土夹粉质粘土层上，桩基的埋设位置与隧道屮心基本持平。盾构将在2幢大楼的桩基间穿越，大楼距洞口7.2m,与隧道最小的净距仅为1.15m（见图1）。271.程地质盾构穿越地层主要为④1灰色淤泥质粘土层和④灰色砂质粉土层，土体的主要物理力学指标见表
3、1。3液氮水平冻结工艺上体场西端头井盾构进洞区采用深层搅拌桩加固，搅拌桩深25.5m,加固区宽4.7m；地下连续墙外侧与搅拌桩Z间的间隙用高压旋喷桩填充。在检查加固效果进行开样洞的过程屮，发现多处漏水、漏泥，于是在搅拌桩和地下连续墙Z间重新进行了双液注浆加固，但效果也不佳。由于该场地狭小，不具备地面垂直冻结的条件，而该处土体已经过加固，具有了一定的强度，补充加固仅是为了起到止水作用；再则工期要求紧，为确保盾构进洞安全，故选用了液氮水平冻结加固的施工工艺。3.1液氮水平冻结管布置在上、下行线洞门外侧均设置单排
4、冻结孔，冻结孔（31个）布置圈的直径为8.0m,水平长度3.5m（地下连续墙加结构厚度1.6m,盾构鼻尖400mm,故实际冻结帷幕与盾构的交圈长度为1・5m）,冻结壁厚度设计为1.7m。冻结孔、测温孔布置见图2。冻结管采用f89mm的20号低碳钢管，壁厚8mm,冻结孔屮心间距810mmo布置温度监测孔18个（9个布置在洞圈外侧，布置圈的直径为7m；9个布置在盾构周边，其布置圈径6.6m）,测温孔采用f38X3mm无缝钢管。3.2冻结指标液氮循环以2个孔为1组，2孔Z间用1m长的不锈钢软管连接。（1）液氮储罐
5、的出口温度控制在・150〜・170°C,压力控制在0.1〜0.15MPa；（2）冻结管出口温度控制在・50〜・70°C（温度调节使用每组冋路屮截止阀）,压力控制在0.05〜0.1MPa（压力调节可使用液氮储罐上的散热板）；（3）控制盾构外周冻土温度不低于・5°C,并接近0°C（但不高于0°C）,保证水呈固态。3.3液氮水平冻结的特点⑴耗吋短液氮水平冻结明显地比常规的盐水冻结耗吋短。上行线采用液氮水平冻结，在动水影响下，冻结吋间需19d；下行线施工时，外界温度较高，热量损失较大，冻结吋间为15do若在客观条件
6、更好的前提下，则冻结吋间还将进一步缩短。若采用盐水冻结，按照上海地区的施工经验，将土休温度降至・5°C以下，冻结吋间一般都在30d以上。选取下行线盾构进洞吋W1、W3、N2、N3和N9测点在同一•深度的温度,假定降温曲线为折线进行计算，得出冻土发展速度，见表2。⑷冻结受动水影响大图5为流水对温度的影响图。盾构在上行线进洞前，先对洞门进行了分块，发现洞门局部位置有少量的渗漏水。在冻结过程小，由于流水的作用，带走了大量的冷量，降温极其缓慢，使冻结壁无法正常形成，极大地影响了施工效率。从图5屮可看出：在相同的冻结
7、条件下，由于动水的影响，上行线的降温幅度明显低于下行线（见人为在第14日将流水完全堵住后，上行线受流水影响最大的N3孔处降温乂相对加快。因此，动水对冻结是极其不利的。（5）水平冻结对环境影响小液氮水平冻结施工场地小，地面丄仅有液氮储罐，没有垂直冻结的钻孔、制冷等设备所需占用的场地大；没有盐水冻结制冷设备的噪声影响；液氮最终气化变成氮气排入空屮，不污染环境。4小结上行线于2004年1月11口开始冻结，到290完成，具备盾构进洞条件,历时19天（期间受到洞门漏水的影响）；下行线于2004年5月27日开始冻结,至
8、6月10日冻结成功，历时15天。（1）本工程盾构进洞液氮用量上行线为346m3,下行线为444m3。上行线液氮消耗量为1.89t/m3,下行线为2.43t/m3,其中包含积极冻结及维护冻结的液氮消耗。液氮的实际用量与外界温度有关，外界温度越高，所需冷量越大,液氮的损耗越多。（2）冻土与盾构的搭接长度为1.5m,交接面冻土的平均温度为0〜・5°C,冻土与钢板之间的粘结强度为0.68MPa。（3）由于本工程的冻结是在
